EP1927185A1 - Regelungsverfahren für die gleichstromübertragung - Google Patents

Regelungsverfahren für die gleichstromübertragung

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EP1927185A1
EP1927185A1 EP05791225A EP05791225A EP1927185A1 EP 1927185 A1 EP1927185 A1 EP 1927185A1 EP 05791225 A EP05791225 A EP 05791225A EP 05791225 A EP05791225 A EP 05791225A EP 1927185 A1 EP1927185 A1 EP 1927185A1
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EP
European Patent Office
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voltage
inverter
rectifier
current
direct current
Prior art date
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EP05791225A
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English (en)
French (fr)
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EP1927185B1 (de
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Franz Karlecik-Maier
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1927185B1 publication Critical patent/EP1927185B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a rectifier and an inverter, which are connected to each other via a DC circuit in the field of power distribution and transmission, in which at least one measurement point of the DC circuit in each case a DC measurement voltage and a DC measurement current are measured and at a rectifier control for controlling the rectifier and / or to an inverter control for controlling the inverter are transmitted, wherein the rectifier control and the inverter control respectively the difference between a predetermined nominal DC voltage and the respectively received DC measurement voltage to obtain a differential DC voltage and further the difference between a nominal DC and Form each received DC measurement current to obtain a differential DC current, wherein the differential DC voltage and the DC differential current are normalized and the rectifier terregel controls the rectifier so that the sum of the differential DC voltage and the differential DC current is minimal, and wherein the inverter control regulates the inverter so that the difference between the differential DC and the differential DC voltage is minimal.
  • Such a method is already known for example from DE 195 44 777 Cl.
  • the method described therein is used to control a so-called high-voltage direct-current transmission system, which consists of several converters, the inverter can be operated either as an inverter or rectifier.
  • the inverters are connected to each other via a direct current connection. to Coupling the inverter with a respective associated power distribution network transformers are provided.
  • the direct currents and DC voltages at the respective inverters are recorded as measured variables.
  • setpoint pairs in the form of setpoint current and setpoint voltage are defined for each inverter.
  • Each control calculates a control deviation in this respect, in other words forms the difference between measured and setpoint values.
  • the rectifier is controlled in such a way that the sum of the control deviations becomes minimal.
  • the inverter is regulated in such a way that the difference between the control deviations becomes minimal.
  • a disadvantage of the previously known method is that a higher level of regulation is required.
  • a hierarchical control structure is complex and can lead to unwanted instabilities.
  • a method called marginal current in EP 0 087 640 B1 serves to regulate a high-voltage direct-current transmission system which consists of an inverter and a rectifier, wherein the inverter and the rectifier are connected to one another via a DC circuit.
  • the rectifier is connected via a transformer to an energy-supplying AC voltage network, wherein the inverter is coupled via a further transformer with an AC voltage network to be supplied.
  • the so-called marginal current method is used to control the DC or inverter.
  • both a DC measurement voltage and a DC measurement current are measured both at the rectifier and at the inverter, and the measured quantities measured are transmitted to a rectifier control or an inverter control.
  • the inverter control has a gamma regulation, a voltage regulation and a marginal flow regulation, wherein these Regulations using a suitable rule replacement compete with each other.
  • the use of different controls using a rule release can lead to undesirable instabilities.
  • Object of the present invention is therefore to provide a method of the type mentioned, which has a high dynamics and at the same time works reliably stable.
  • the invention achieves this object by virtue of the fact that the nominal current of the rectifier control and the nominal current of the inverter control are identical.
  • Control methods are combined current and voltage control. This is done in the context of rectifier control by adding a normalized differential DC voltage with a normalized differential DC. The resulting sum is finally fed to the actual control unit of the rectifier. Instead, the difference between the differential direct current and the differential DC voltage is formed at the inverter and this is transmitted to the control unit.
  • the measured values are detected, for example, by means of current transformers or voltage transformers whose output signal is proportional to a monitored direct voltage, for example 500 kV, or to a direct current driven by this direct voltage, for example 3000A.
  • the starting point Signal from the current transformer or the voltage converter are finally sampled by a sampling unit to obtain samples and converted the samples via an analog-to-digital converter into digital measurements.
  • the measured direct voltage and the measured direct current are, for example, digital measured values that are supplied to the respective control and further processed by its software.
  • the target current of the rectifier control and the target current of the inverter control are identical.
  • the setpoint voltage of the rectifier control and the setpoint voltage of the inverter control are identical.
  • the one or more desired values are related to any electrical location in the DC circuit.
  • a superordinate control level such as in the case of the previously known marginal flow method, and thus a hierarchical control structure is avoided in the context of the invention.
  • the drop across the DC circuit voltage difference between the rectifier and the inverter adjusts itself in the context of the present invention. This automatic adjustment has immense advantages over previously known methods with an additional higher-level control.
  • the regulation in the context of the invention has therefore become simpler and more reliable than the prior art.
  • the setpoint current and / or setpoint voltage are normalized and are related to rated values, for example.
  • setpoint voltage and setpoint current are determined from a common setpoint DC power.
  • This target Gleichante can be related, for example, to an imaginary virtual electrical center of the DC circuit.
  • the regulation of the rectifier and of the inverter takes place over the entire working range of the rectifier or of the inverter, both on the basis of the differential direct current di and on the basis of the differential direct voltage du.
  • a limitation of the regulation to the sum or Difference from differential DC current and differential DC voltage is omitted according to this expedient development. A rule separation is therefore avoided and the stability of the method further increased.
  • the rectifier and the inverter are placed spatially next to each other to form a close coupling, the DC measurement voltage and the DC measurement current are detected at a measuring point and transmitted to both the rectifier control and the inverter control.
  • the current and voltage values at the inverter or at the rectifier are almost identical, so that measured values only have to be detected at one measuring point.
  • the detected DC measurement current and the detected DC measurement voltage are transmitted to both the rectifier control and the inverter control, where they are further processed.
  • the rectifier and the inverter to form a DC remote transmission system at least
  • the DC circuit usually has a smoothing reactor for smoothing the direct current.
  • the measurement direct currents and measured direct voltages necessary for the regulation are detected at different measuring points, namely firstly at or in the vicinity of the inverter and secondly at the rectifier or in the vicinity thereof.
  • the term "measuring point" does not mean exactly the exact location of the actual detection point.
  • the devices for current or voltage detection can certainly also be set up a few meters away from each other. However, it is essential that the operating variables that can be detected at a measuring point are essentially the same within the scope of measurement inaccuracy.
  • the respectively required setpoint values are transmitted from the inverter to the rectifier by means of remote data transmission means.
  • Advantageous remote data transmission means comprise both conducted transmission means, such as the Internet or communication over power lines, as well as non-guided transmission means such as radios or the like.
  • the rectifier and the inverter each have a bridge circuit of thyristor valves.
  • Thyristor valves operate in comparison with other power semiconductor valves with low losses and are used in particular for high-voltage direct current transmission.
  • the measured direct current normalized to a nominal current and the measured direct current normalized to a nominal voltage are applied to the nominal direct current which is likewise normalized to the rated current or to the reference direct current
  • Nominal voltage normalized nominal DC voltage re-normalized the differential DC being calculated as the difference between 1 and the DC normalized to the nominal DC current and the DC differential voltage as the difference between 1 and the normalized to the nominal DC voltage measurement DC voltage.
  • the values are re-normalized while maintaining the required transmission power, that is to say the nominal DC power. This re-standardization offers particular advantages in low-load operation.
  • a high short circuit ratio for example, is 5.
  • the development according to the invention enables a fast start-up of the desired operating points even in the low-load range.
  • a measuring angle is measured at the inverter and transmitted to a gamma controller, wherein the gamma controller compares the measuring angle with a desired angle and, if the Meßlöschwinkel the Solllöschwinkel below a generated relative to the predetermined DC voltage DC setpoint generated, the inverter control then on the DC voltage setpoint controls.
  • a gamma control is provided in order to reliably avoid commutation errors when igniting the converter valves of the inverter.
  • a further advantageous further development of the invention has a limiting regulator which limits a rectifier regulator of the rectifier regulation at the top so that a predetermined maximum current and / or a predetermined maximum voltage are not exceeded.
  • the sweeping for example, in the event of an error limitation serves to ensure the safety of the regulated systems and additional stabilization of the method according to the invention.
  • the limiting regulator limits the rectifier regulator if the measured direct current is greater than the sum of the nominal direct current and a predetermined differential direct current deviation or if the measured direct voltage is greater than the sum of the nominal direct voltage and a predetermined differential voltage deviation.
  • the differential direct current deviation and the differential voltage deviation make it possible to set up an arbitrary tolerance range in which a deviation of the respective measured value from the assigned nominal value is obtained. is permitted, without the above-described limitation of the rectifier control engages.
  • a setpoint DC power is reduced to a smaller value as a function of the DC measured voltage, yielding a nominal DC error power, the desired DC current and / or the nominal DC voltage being determined instead of a desired DC power from the nominal DC fault power.
  • the reduction of the setpoint DC power is used to control the DC transmission system in the event of a fault, in which, for example, there is a voltage dip in one of the AC voltage networks or in the DC circuit.
  • the determination of the fault rate reference power is performed using a function transmitter provided with an empirically based characteristic curve.
  • the DC measurement voltage is smoothed and fed to the function generator.
  • the smoothing of the DC measurement voltage is usually necessary because the DC measurement voltage can fluctuate greatly in the event of a fault.
  • the function generator generates a fault-limiting power as a function of the smoothed measured DC voltage. This is expediently used to limit the output value of an integrator upward, wherein the output value of the integrator is the Whyfallsollmaschinetician.
  • the output of the integrator is used to determine the setpoint DC voltage and the setpoint DC current. In normal operation, the output value of the integrator is equal to the nominal reference power set by the user, in other words the error handling is inactive.
  • the function generator On the other hand, if the measuring direct voltage falls below a predetermined threshold value, the function generator generates a voltage that is opposite to the nominal value. equal power reduced fault limiting power. This is then initially the output value of the integrator and thus simultaneously the Whyfallollmaschinetician. If the smoothed DC measurement voltage at the input of the function generator increases, this generates an increased error limiting capacity as the upper limit of the integrator. The integrator then integrates high on the increased fault limiting power with, for example, an adjustable integration speed. In a preferred embodiment, the integration speed is made dependent on the type and magnitude of the fluctuation of the DC measurement voltage. The fluctuation of the DC measurement voltage serves as an indication of whether any error is still present or has already been eliminated.
  • the method according to the invention is suitable both for high-voltage direct-current transmission, medium-voltage direct-current transmission and for low-voltage direct current transmission.
  • FIG. 1 schematically illustrates an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a further development of the method according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a further development of the method according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a further development of the method according to FIG. 3
  • FIG. 5 is a detail view of the development according to Figure 4.
  • Figure 6 shows a schematic representation of another embodiment of the method according to the invention for a Hochnapss Eisenstrom- remote transmission system shows.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of the method according to the invention in a schematic representation.
  • the high-voltage short-circuit coupling 1 comprises a first network connection transformer 2 and a second network connection transformer 3, which are each provided for coupling the high-voltage coupling 1 to an AC voltage network 4 or 5.
  • the first network connection transformer 2 has a primary winding which is galvanically connected to the AC voltage network 4 and which is inductively connected to two secondary windings of the network connection transformer 2.
  • the secondary windings of the grid connection transformers provide a different phase offset, so that a so-called 12-pulse high-voltage short-circuit coupling 1 is realized.
  • 12-pulse high-voltage short-couplings are well known to those skilled in the art, so that need not be discussed here at this point.
  • the secondary windings of the Netanschusstransformatoren 2.3 are each connected to a bridge circuit of thyristor valves ⁇ , which illustrates only schematically in Figure 1 -L «3
  • the bridge circuit of thyristor valves 6 is regulated in the embodiment shown in FIG. 1 such that a rectifier 7 is implemented.
  • the rectifier 7 is connected via a DC circuit 8 to an inverter 9, wherein the DC circuit 8 is grounded via resistors 10.
  • the direct current smoothing chokes 11 are provided, which are connected in the DC circuit 8.
  • the inverter 6 can also be operated as an inverter and the inverter 9 as a rectifier.
  • the first network connection transformer 2, the rectifier 7, one of the smoothing reactors 11 and the two resistors shown in FIG. 1 above are part of a rectifier station 12, which may also be referred to as a measuring point.
  • a rectifier station 12 which may also be referred to as a measuring point.
  • Another measuring point forms an inverter station 13, in which the second network connection transformer 3, the inverter 9, a smoothing reactor 11 and two resistors 10 shown in FIG. 1 are arranged below.
  • current transformers 14 which are used to detect a DC current flowing in the rectifier station 12 or a current flowing in the inverter station 13
  • the current transformers 14 generate at their output a signal which is proportional to the direct current flowing in the rectifier station or the inverter station 13. By using calibrated rates, the DC current can be determined from the measurement signal.
  • the measurement signal is sampled to obtain samples by means of a sampling unit, and the samples are digitized to obtain measurement DC values by an analog-to-digital converter, the measurement direct current values being DC measuring current Idc_a be designated.
  • One of the DC voltage drop across the rectifier station 12 is detected at the resistors 10. Also, this signal is sampled and digitized, resulting in digital DC measurement voltage values, which are referred to here as DC measurement voltage üdc_a.
  • the rectifier 7 and the inverter 9 are set up in the immediate vicinity of one another, so that the measuring direct voltages üdc_a and Udc_b prevailing at the rectifier station 12 and at the inverter station 13 are essentially the same.
  • the resistance of the DC circuit 8 between said measuring points can be neglected in other words.
  • the DC measurement voltage Udc_a and the DC measurement current Idc_a are transmitted both to a rectifier control 15 and to an inverter control 16.
  • the measurement signals detected by the transducers can be transmitted, wherein the sampling and digitization in the inverter control 16 and in the rectifier control 15 are performed.
  • a suitable ignition angle is determined both for the rectifier 7 and for the inverter 9.
  • the operator prescribes a desired normalized nominal DC power Pdco, which is normalized to a likewise parameterizable nominal DC power.
  • the setpoint DC power Pdco is supplied to a function transmitter 17 and to a divisor 18, the function transmitter 17, based on the structure and design of the high-voltage short-circuit clutch 1, being connected via a forward given characteristic curve, with the basis of the input desired DC power Pdco a setpoint DC voltage üdco is determined.
  • the setpoint DC power Pdco is divided by the thus determined setpoint DC voltage Udco, obtaining a setpoint DC current Idco.
  • the DC measurement voltage Udc_a is normalized to a nominal DC voltage UdcN, the DC measurement current Idc_a to a nominal DC current IdcN, and the nominal DC power Pdco to a nominal DC power PdcN.
  • the sum of the differential DC voltage du and the differential direct current di is supplied to a PI controller 22. This generates between the limits cos ⁇ m ax_r and cos ⁇ m i n _ r the cosine of a firing angle ⁇ for the thyristor valves 6 of the rectifier 7.
  • the thyristor valves 6 are ignited so that the sum of the differential DC voltage du and the differential direct current di as small as possible or in other words as zero as possible.
  • the PI controller 22 is followed by an acos unit, which consists of the Cosine of the ignition angle ex determines the firing angle ⁇ on the basis of the arcosine function, wherein an ignition pulse generator 24 causes ignition of the corresponding thyristor valve of the rectifier 7 as a function of a network-determined synchronization voltage and the ignition angle calculated by the acos unit 23.
  • the inverter control 16 is constructed to a large extent corresponding to the rectifier control 15, but the PI controller 22 of the inverter control 16 determines a cosine of the ignition angle a between the cos ⁇ max i and the cos ⁇ i n in such a way that the difference between the differential direct current and the differential DC voltage is as minimal as possible equal to zero. From the cosine of the ignition angle, the acos unit 23 of the inverter control 16 sets an ignition angle a. determined, where again
  • Ignition pulse generator 24 generates the necessary ignition of the thyristor valves 6 of the inverter 9 ignition signals.
  • FIG. 2 illustrates a further embodiment of the method according to the invention.
  • the exemplary embodiment shown largely corresponds to the method illustrated in FIG. 1, but a reshaping described above is carried out in order to enable an improved behavior of the regulation of the high-voltage short-circuit coupling 1 even in the low load range.
  • desired setpoint power Pdco means of the function generator 17 determines a desired DC voltage üdeo, wherein by means of the divisor 18 and the setpoint DC power Pdco a desired DC current Idco is determined.
  • the setpoint direct current Idco calculated in this way subsequently serves to re-normalize the measured direct current Idc_a by means of the re-normalizer 25, which may also be referred to as a divisor.
  • the re-normalized measured direct current is subtracted from one. This is the Output of the normalizer 25 at the negative input of an adder 19. Accordingly, the DC measurement voltage Udc_a is re-normalized by means of the normalizer 25 shown in FIG. 2 below.
  • FIG. 3 illustrates a further exemplary embodiment of the invention, which substantially corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • a gamma regulation 26 is provided within the scope of the inverter regulation 16, which has means, not shown in the figures, for determining a measuring angle Y of the inverter 9.
  • a target canceling angle ⁇ o which is applied to the negative input of an adder 19 and, in other words, subtracted from the measuring loop angle Y.
  • the gamma control 26 also includes a gamma PI controller 27 and a multiplier 28.
  • the setpoint DC voltage Udco calculated with the aid of the function generator 17 serves as the upper limit for the setpoint voltage values generated by the gamma PI controller 27 is then re-normalized with the help of the re-normalizer 25.
  • the lower limit is also determined on the basis of the desired DC power Udco, a previously entered parameter LL_Udco being multiplied by the desired DC voltage Udco.
  • the LL-Udco is equal to 0.7, so that the gamma-control 26 is limited upward to the target DC voltage Udco and down to 70% of the target DC voltage Udco.
  • the gamma control 26 can cause commutation errors. Because of a too small Löschwinkels Y can be avoided. A competing regulation between gamma controls and other types of control is avoided, however, so that predetermined operating points can be targeted.
  • FIG. 4 illustrates a further exemplary embodiment of the method according to the invention, wherein the method shown in FIG. 4 largely corresponds to the method shown in FIG. In Figure 4, however, an improvement for the behavior of the control method in the event of a voltage dip in one of the AC grids 4 or 5 and / or a fault in the DC circuit is provided.
  • the illustrated method performs a maximum current limit and / or a maximum voltage limit.
  • the two adders 19 and a minimum selection unit 30 and a pI controller 31 are provided.
  • the pI-controller 31 acts on the upper limit of the rectifier controller 22.
  • the adder 19 add a maximum differential voltage deviation du_xxl and a maximum differential current deviation di_xxl the differential DC voltage du or the differential DC di each added. If the measured direct current exceeds a resulting setpoint current value which is calculated from the sum of the nominal direct current Idco and the maximum differential current deviation di_xxl, the measured direct current is reduced to the resulting setpoint current value with the aid of the pI controller 31. In a corresponding manner, the measured DC voltage is reduced to the resulting nominal voltage value.
  • the output of the minimum selection unit 30 is fed to a PI controller 31 which generates at its output a cosine of a zero angle between cos ⁇ r ⁇ d_ r and cos ⁇ m i n _ r .
  • the output of the PI controller 31 is used to limit the PI controller 22 of the rectifier control 15 up.
  • Typical values for the du_xxl and di_xxl are between 0.01 and 0.1.
  • the limit ⁇ r ⁇ d _ r varies between 40 ° and 50 °, depending on the performance of the high-voltage short coupling .
  • the minimum extinction angle of the rectifier a m i nr is usually 5 °.
  • the failure mechanism of the illustrated method according to the invention further comprises a limiting device 29, which comprises a smoothing unit 32 and a function generator 33.
  • a limiting device 29 which comprises a smoothing unit 32 and a function generator 33.
  • FIG. 5 clarifies the effect of the limiting unit 29 in more detail.
  • the DC measurement voltage üdc_a is supplied to the smoothing unit 32 in order to smooth the voltage fluctuations which frequently occur in the event of a voltage dip in one of the AC voltage networks 4 or 5 or another fault, and thus to convert them into processable DC measurement voltages Udc_a.
  • the smoothed DC measurement voltage is supplied to the function generator 33 together with the normalized desired DC power Pdco.
  • the function generator 33 generates at its output a normalized fault case limiting power Pvdpol based on the experience of the designer of the high voltage direct current based characteristic. If the smoothed measuring direct voltage üdc_a exceeds a maximum direct voltage Umax as a threshold value, the function generator 33 generates at its output the desired direct power Pdco applied to its input.
  • the output of the function generator 33 serves for the maximum limitation of an integrator 34, the minimum output voltage of the integrator 34 . Pmino is. Furthermore, a limit value monitor 35 with two inputs is provided. At the first input of the limit value detector 35, the DC measurement voltage Udc__a is applied. At the second input, the maximum voltage U- • max of the function generator 33 is fed. The limit indicator compares the two input values. If the measured DC voltage Udc_a is greater than the maximum voltage Umax, as is usually the case in rated operation, the output Y of the limit value indicator 35 is set to one. If the measured DC voltage falls below the maximum voltage Umax, the output of the limit value detector becomes equal to zero.
  • the determination of the differential DC current is performed on the basis of Pvdpo.
  • a limiter 37 is initially provided which checks whether the DC measurement voltage Udc_a falls within the range between Umin and WUmin. If Udc__a lies below Umin, 37 Umin is present at the output of the comparator, so that at the output of the downstream adder 38 the one at whose negative input Umin is present, a zero signal is generated.
  • the divisor 39 therefore also generates at its output a zero signal from which previous voltage values are subtracted by means of the adder 40. The previous voltage values between 0 and 1 are generated by the smoothing unit 41 and are also at zero in the case described.
  • the measured direct voltage Udc_a lies between the limits Umin and WUmin, then a differential voltage normalized to WUmin is produced at the output of the divider 39. From this, previous smoothed voltage values are subtracted by the adder 40.
  • the value dudt generated at the output of the adder 40 can be positive or negative, depending on whether the measured DC voltage Udc_a rises or falls. Subsequent minimal selection 42 ensures that only negative dudt values are forwarded by the minimum selection 42.
  • the multiplier 36 further multiplies this by the predetermined parameter V_dudt and passes the resulting product, in this case also zero, to the adder 38, which then sums it up with the likewise predetermined parameter Kx_vdpol.
  • the value Kx_vdpol is equal to or greater than one.
  • a minimum selection 43 therefore ensures that a value equal to one is forwarded to the multiplier 36, which multiplies this one by the output of the limit value monitor 35 and also by the presettable parameter Km_vdpol and finally makes it available to the integrator.
  • the product Y x km_vdpol x 1 equals Km_vdpol.
  • the integrator 34 integrates with a set standard speed.
  • the dudt value is passed on, multiplied by V_dudt and finally summed by means of the adder with Kx_vdpol, so that a value of less than one is produced at the output of the adder 38, which is finally forwarded to the multiplier 36.
  • the integrator 34 therefore increases the setpoint power Pvdpo, which is at its output, more slowly with the new time constant.
  • FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment of the method according to the invention for regulating a so-called high-voltage direct current remote transmission system 44.
  • a high-voltage direct current remote transmission system 44 designed for long-distance transmission essentially comprises the same components as the high-voltage short-circuit coupling shown in FIG. However, the rectifier 7 and the inverter 9 are set up in the illustrated embodiment over 600 km away from each other. The DC circuit 8 is therefore through an approximately 600 km long DC cable connection realized.
  • the DC measuring voltage and the DC measuring current are detected once at the rectifier station 12 as a measuring point and once as a measuring point at the rectifier station 13, the measured values detected at or in the vicinity of the rectifier station 12 being at or near the rectifier control 15 Inverter station detected measured values of the inverter control 16 are fed.
  • the setpoint DC voltage Pdco at the inverter regulator 16 is determined in accordance with the respective needs of the operator and transmitted by a suitable remote data transmission radio transmitter 45 to a remote data transmission radio receiver 46 adapted in this respect.
  • a setpoint direct voltage Udco is determined from the nominal direct power Pdco by means of the function generator 17.
  • the rectifier control 15 can also have such a gamma control 26, so that the power flow can take place in both directions if necessary.
  • the output voltage Udcgo generated by the gamma PI controller 27 of the gamma controller 26 is then transmitted to the rectifier control 15 by means of the remote data transmission transmitter 45, the rectifier control receiving the standard voltage by a suitable remote data transmission receiver 46.
  • the remaining control steps correspond to those which have already been described in connection with the high-voltage short-circuit coupling according to FIGS. 1 to 5.
  • the limiting unit 29 can be used both in the rectifier control 15 and in the inverter control.
  • the pI-controller 31 for maximum limitation of the pID controller 22 of the rectifier control 15, however, is usually provided only in the rectifier control.

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Abstract

Um ein Verfahren zum Regeln eines Gleichrichters (7) und eines Wechselrichters (9) , die über einen Gleichstromkreis (8) miteinander verbunden sind im Bereich der Energieverteilung und -Übertragung, bei dem an wenigstens einer Messestelle (12, 13) des Gleichstromkreises (8) jeweils eine Messgleichspannung ( Udc_a , Udc_b ) und jeweils ein Messgleichstrom (Idc_a, Idc_b) gemessen werden und an eine Gleichriσhterregelung (15) zur Regelung des Gleichrichters (7) und/oder an eine Wechselrichterreglung (16) zur Regelung des Wechselrichters (9) übertragen werden, wobei die Gleichrichterregelung (15) den Gleichrichter (7) so regelt, dass die Summe der Differenzgleichspannung (du) und des Differenzgleichstroms (di) minimal wird und wobei die Wechselrichterregelung (16) den Wechselrichter (9) so regelt, dass die Differenz zwischen dem Differenzgleichstrom (di) der Differenzgleichspannung (du) minimal wird, bereitzustellen, das zuverlässig und aufwandsarm ist, wird vorgeschlagen, dass der Sollstrom (Idco) der Gleichrichterregelung (15) und der Sollstrom (Idco) der Wechselrichterregelung (16) identisch sind .

Description

Beschreibung
Regelungsverfahren für die Gleichstromübertragung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Gleichrichters und eines Wechselrichters, die über einen Gleichstromkreis miteinander verbunden sind im Bereich der Energieverteilung und -Übertragung, bei dem an wenigstens einer Messestelle des Gleichstromkreises jeweils eine Mess- gleichspannung und jeweils ein Messgleichstrom gemessen werden und an eine Gleichrichterregelung zur Regelung des Gleichrichters und/oder an eine Wechselrichterreglung zur Regelung des Wechselrichters übertragen werden, wobei die Gleichrichterregelung und die Wechselrichterregelung jeweils die Differenz zwischen einer vorgegebenen Sollgleichspannung und der jeweils empfangenen Messgleichspannung unter Gewinnung einer Differenzgleichspannung und ferner die Differenz zwischen einem Sollgleichstrom und dem jeweils empfangenen Messgleichstrom unter Gewinnung eines Differenzgleichstroms bilden, wobei die Differenzgleichspannung und der Differenzgleichstrom normiert vorliegen und der Gleichrichterregelung den Gleichrichter so regelt, dass die Summe der Differenzgleichspannung und des Differenzgleichstroms minimal wird, und wobei der Wechselrichterregelung den Wechselrichter so regelt, dass die Differenz zwischen dem Differenzgleichstrom und der Differenzgleichspannung minimal wird.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 195 44 777 Cl bereits bekannt. Das dort beschriebene Verfahren dient zur Regelung einer so genannten Hochspannungsgleichstrom- übertragungsanlage, die aus mehreren Umrichtern besteht, wobei die Umrichter wahlweise als Wechselrichter oder Gleichrichter betrieben werden können. Dabei sind die Umrichter ü- ber eine Gleichstromverbindung miteinander verbunden. Zur Kopplung der Umrichter mit einem jeweils zugeordneten Energieverteilungsnetz sind Transformatoren vorgesehen. Bei der Regelung der Gleich- oder des Wechselrichters werden die Gleichströme und Gleichspannungen an den jeweiligen Umrich- tern als Messgrößen erfasst. Ferner werden für jeden Umrichter Sollwertepaare in Form von Sollstrom und Sollspannung festgelegt. Jede Regelung berechnet eine diesbezügliche Regelabweichung, bildet also mit andern Worten die Differenz zwischen Mess- und Sollwerten. Die Regelung des Gleichrich- ters erfolgt so, dass die Summe der Regelabweichungen minimal wird. Der Wechselrichter wird hingegen so geregelt, dass die Differenz der Regelabweichungen minimal wird. Nachteilig bei dem vorbekannten Verfahren ist, dass eine übergeordnete Regelungsebene erforderlich ist. Eine hierarchische Regelungs- struktur ist jedoch aufwändig und kann zu unerwünschten Instabilitäten führen.
Ein in der EP 0 087 640 Bl als Marginalstrom bezeichnetes Verfahren dient zur Regelung einer Hochspannungsgleichstrom- Übertragungsanlage, die aus einem Wechselrichter sowie einem Gleichrichter besteht, wobei der Wechselrichter und der Gleichrichter über einen Gleichstromkreis miteinander verbunden sind. Der Gleichrichter ist über einen Transformator mit einem energiespeisenden Wechselspannungsnetz verbunden, wobei der Wechselrichter über einen weiteren Transformator mit einem zu versorgenden Wechselspannungsnetz gekoppelt ist. Zur Regelung des Gleich- beziehungsweise des Wechselrichters dient das so genannte Marginalstromverfahren. Hierzu werden sowohl am Gleichrichter als auch am Wechselrichter jeweils eine Messgleichspannung und ein Messgleichstrom gemessen und die gemessenen Messgrößen an eine Gleichrichterregelung beziehungsweise eine Wechselrichterregelung übertragen. Die Wechselrichterregelung weist eine Gammaregelung, eine Spannungsregelung und eine Marginalstromregelung auf, wobei diese Regelungen unter Einsatz einer geeigneten Regelablösung miteinander konkurrieren. Der Einsatz unterschiedlicher Regelungen unter Verwendung einer Regelablösung kann jedoch zu unerwünschten Instabilitäten führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine hohe Dynamik aufweist und gleichzeitig zuverlässig stabil arbeitet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Sollstrom der Gleichrichterregelung und der Sollstrom der Wechselrichterregelung identisch sind.
Erfindungsgemäß wird sowohl eine hierarchische Struktur des Regelverfahrens als auch eine Minimal- oder Maximalauswahl zur Festlegung der grundsätzlichen Regelung vermieden. Stattdessen wird im Rahmen der Erfindung koordiniert ein bestimmter Arbeitspunkt angesteuert, wobei auch solche Erfordernisse berücksichtigt werden können, die maßgeblich von den Wechsel- Spannungsnetzen mitbestimmt sind. Bei dem erfindungsgemäßen
Regelungsverfahren werden Strom- und Spannungsregelung kombiniert. Dies erfolgt im Rahmen der Gleichrichterregelung durch Addition einer normierten Differenzgleichspannung mit einem normierten Differenzgleichstrom. Die sich ergebende Summe wird schließlich der eigentlichen Regeleinheit des Gleichrichters zugeführt. Am Wechselrichter wird stattdessen die Differenz zwischen dem Differenzgleichstrom und der Differenzgleichspannung gebildet und diese an die Regeleinheit ü- bergeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Messwerte bei- spielsweise mittels Stromwandler beziehungsweise Spannungswandler erfasst werden, deren Ausgangssignal einer überwachten Gleichspannung, beispielsweise 500 kV, beziehungsweise einem von dieser Gleichspannung getriebenen Gleichstrom, beispielsweise 3000 A, jeweils proportional ist. Das Ausgangs- Signal des Stromwandlers beziehungsweise des Spannungswandlers werden schließlich durch eine Abtasteinheit unter Gewinnung von Abtastwerten abgetastet und die Abtastwerte über einen Analog-Digitalwandler in digitale Messwerte umgewandelt. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Messgleichspannung und dem Messgleichstrom beispielsweise um digitale Messwerte, die der jeweiligen Regelung zugeführt und von dessen Software weiterverarbeitet werden.
Erfindungsgemäß sind - im Gegensatz zum Stand der Technik - der Sollstrom der Gleichrichterregelung und der Sollstrom der Wechselrichterregelung identisch. Bei einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung sind die Sollspannung der Gleichrichterregelung und die Sollspannung der Wechselrich- terregelung identisch. Der oder die jeweiligen Sollwerte sind auf eine beliebige elektrische Stelle im Gleichstromkreis bezogen. Eine übergeordnete Regelungsebene, wie beispielsweise beim vorbekannten Marginalstromverfahren, und somit eine hierarchische Regelungsstruktur ist im Rahmen der Erfindung ver- mieden. Die über den Gleichstromkreis abfallende Spannungsdifferenz zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter stellt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbsttätig ein. Diese selbsttätige Einstellung hat immense Vorteile gegenüber vorbekannten Verfahren mit einer zusätzlichen überge- ordneten Regelung. Die Regelung im Rahmen der Erfindung ist daher gegenüber dem Stand der Technik einfacher und zuverlässiger geworden.
Sollstrom und/oder Sollspannung liegen normiert vor und wer- den hierfür beispielsweise auf Nennwerte bezogen.
Vorteilhafterweise werden Sollspannung und Sollstrom aus einer gemeinsamen Sollgleichleistung bestimmt. Diese Soll- gleichleistung kann beispielsweise auf eine gedachte virtuelle elektrische Mitte des Gleichstromkreises bezogen sein.
Vorteilhafterweise erfolgt die Regelung des Gleichrichters und des Wechselrichters über den gesamten Arbeitbereich des Gleichrichters beziehungsweise des Wechselrichters hinweg sowohl auf der Grundlage des Differenzgleichstromes di als auch auf der Grundlage der Differenzgleichspannung du. Eine wie auch immer ausgestaltete Begrenzung der Regelung auf die Sum- me oder die Differenz aus Differenzgleichstrom und Differenzgleichspannung entfällt gemäß dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung. Eine Regelablösung ist daher vermieden und die Stabilität des Verfahrens weiter erhöht.
Vorteilhafterweise sind der Gleichrichter und der Wechselrichter unter Ausbildung einer Kurzkupplung räumlich nebeneinander aufgestellt, wobei die Messgleichspannung und der Messgleichstrom an einer Messstelle erfasst und sowohl an den Gleichrichterregelung als auch an den Wechselrichterregelung übertragen werden. Bei dieser vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Strom- und Spannungswerte am Wechselrichter beziehungsweise am Gleichrichter nahezu identisch, so dass nur an einer Messstelle Messwerte erfasst werden müssen. Der erfass- te Messgleichstrom und die erfasste Messgleichspannung werden sowohl an die Gleichrichterregelung als auch an die Wechselrichterregelung übertragen und dort weiterverarbeitet.
Bei einer hiervon abweichenden Weiterentwicklung der Erfindung sind der Gleichrichter und der Wechselrichter unter Aus- bildung einer Gleichstromfernübertragungsanlage wenigstens
1 km entfernt voneinander aufgestellt, wobei die Messgleichspannung und der Messgleichstrom einmal am Gleichrichter unter Gewinnung einer Gleichrichtermessgleichspannung und eines Gleichrichtermessgleichstromes und einmal am Wechselrichter unter Gewinnung einer Wechselrichtermessgleichspannung und eines Wechselrichtermessgleichstromes erfasst werden, wobei die Gleichrichtermessgleichspannung und der Gleichrichtermessgleichstrom an den Gleichrichterregelung und die Wechsel- richtermessgleichspannung und der Wechselrichtermessgleichstrom an den Wechselrichterregelung übertragen werden. Gemäß dieser Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Fernübertragung elektrischer Leistung als klassisches Anwendungsgebiet einer Gleichstromübertragungsanlage ermög- licht. Dabei sind der Wechselrichter und der Gleichrichter in der Regel über mehrere hundert Kilometer getrennt voneinander aufgestellt und über einen entsprechend langen Gleichstromkreis miteinander verbunden. Der Gleichstromkreis weist üblicherweise eine Glättungsdrossel zum Glätten des Gleichstromes auf. Auf diese Weise ist eine Leistungsübertragung über längere Strecken mit geringen Verlusten ermöglicht. Dabei werden die zur Regelung notwendigen Messgleichströme und Messgleichspannungen an verschiedenen Messstellen erfasst, nämlich zum einen am oder in der Nähe des Wechselrichters und zum anderen am Gleichrichter oder in der Nähe desselben. Unter Messstelle ist im Rahmen der Erfindung nicht der genau identische Ort der eigentlichen Erfassungsstelle gemeint. Im Rahmen der Erfindung können die Geräte zur Strom- beziehungsweise Spannungserfassung durchaus auch einige Meter entfernt voneinan- der aufgestellt sein. Wesentlich ist jedoch, dass die an einer Messstelle erfassbaren Betriebsgrößen im Rahmen Messunge- nauigkeit im Wesentlichen gleich sind.
Bei der mit der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung durch- führbaren Gleichstromfernübertragung werden die jeweils benötigten Sollwerte, wie beispielsweise eine Sollgleichspannung mittels Datenfernübertragungsmittel vom Wechselrichter zum Gleichrichter übertragen. Zweckmäßige Datenfernübertragungsmittel umfassen sowohl leitungsgeführte Übertragungsmittel, wie beispielsweise das Internet oder die Kommunikation über Hochspannungsleitungen, als auch nicht geführte Übertragungsmittel, wie beispielsweise Funkgeräte oder dergleichen.
Zweckmäßigerweise weisen der Gleichrichter und der Wechselrichter jeweils eine Brückenschaltung aus Thyristorventilen auf. Thyristorventile arbeiten im Vergleich zu anderen Leistungshalbleiterventilen verlustarm und kommen insbesondere bei der Hochspannungsgleichstromübertragung zum Einsatz.
Vorteilhafterweise werden die Sollgleichspannung und der Sollgleichstrom aus einer geforderten Sollgleichleistung bestimmt. Zu dieser Bestimmung wird beispielsweise ein Funktionsgeber verwendet, der ausgehend von der Leistung anhand ei- ner vorgegebenen Kennlinie eine Sollspannung festlegt. Die Kennlinie des Funktionsgebers ist von der Grundstruktur der gesamten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, also der Grundstruktur des Wechselrichters des Gleichrichters und des Gleichstromkreises abhängig und wird basierend auf Erfah- rungswerten festgelegt. Aus der durch den Funktionsgeber bestimmten Sollgleichspannung wird durch übliche Division der Sollgleichleistung durch die Sollgleichspannung der Sollgleichstrom berechnet, wobei anschließend die Differenzgleichspannung und der Differenzgleichstrom beispielsweise mittels eines einfachen Addierers gebildet werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass vom Anwender lediglich die gewünschte Übertragungsleistung anzugeben ist, wobei die weitere Regelung auf diese Übertragungsleistung dann selbsttätig erfolgt.
Zweckmäßigerweise werden der auf einen Nennstrom normierte Messgleichstrom und die auf eine Nennspannung normierte Messgleichspannung auf den ebenfalls auf den Nennstrom normierten Sollgleichstrom beziehungsweise auf die ebenfalls auf die Nennspannung normierte Sollgleichspannung umnormiert, wobei der Differenzgleichstrom als Differenz zwischen 1 und den auf den Sollgleichstrom normierten Messgleichstrom und die Differenzgleichspannung als Differenz zwischen 1 und der auf die Sollgleichspannung normierten Messgleichspannung berechnet werden. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird unter Beibehaltung der geforderten Übertragungsleistung, also der Sollgleichleistung, eine Umnormierung der Werte vorgenommen. Durch diese umnormierung ergeben sich insbesondere Vor- teile im Schwachlastbetrieb. So tritt bei dem Marginalstrom- verfahren gemäß dem Stand der Technik selbst bei starken Wechselspannungsnetzen, also bei Wechselspannungsnetzen mit einem hohen so genannten Short Circuit Ratio, dem Verhältnis der Netzkurzschlussleistung zur Nennleistung der Gleichstrom- Übertragungsanlage, ein nachteiliges Regelverhalten im
Schwachlastbereich auf. Ein hohes Short Circuit Ratio liegt beispielsweise bei 5. Die erfindungsgemäße Weiterentwicklung ermöglicht hingegen selbst im Schwachlastbereich ein schnelles Anfahren der gewünschten Arbeitspunkte.
Vorteilhafterweise wird am Wechselrichter ein Messlöschwinkel gemessen und an eine Gammaregelung übertragen, wobei die Gam- maregelung den Messlöschwinkel mit einem Solllöschwinkel vergleicht und, wenn der Messlöschwinkel den Solllöschwinkel un- terschreitet, einen gegenüber der vorgegebenen Sollgleichspannung herabgesetzten Gleichspannungssollwert erzeugt, wobei die Wechselrichterregelung anschließend auf den Gleichspannungssollwert regelt. Gemäß dieser Weiterentwicklung der Erfindung ist eine Gammaregelung bereitgestellt, um Kommutie- rungsfehler beim Zünden der Stromrichterventile des Wechselrichters sicher zu vermeiden. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird jedoch eine konkurrierende Regelung unter Einsatz einer Minimal- oder Maximalauswahl zwischen einer Gammaregelung und beispielsweise einer Stromregelung im Rahmen der Erfindung vermieden. Die Gammaregelung ist erfindungsgemäß im Normalbetrieb der zu regelnden Anlage nicht wirksam. Ein Gam- maregler der Gammaregelung verharrt dazu beispielsweise auf der von einem Benutzer des Verfahrens eingestellten SoIl- gleichspannung. Hierzu wird der Gammaregler beispielsweise nach oben auf diese eingestellte Sollgleichleistung begrenzt. Kommt es zur Unterschreitung des eingestellten Solllöschwinkels wird von dem Gammaregler hingegen eine gegenüber der ursprünglich eingestellten Sollgleichspannung verringerte oder herabgesetzte Sollgleichspannung bestimmt, die dann der weiteren Regelung zu Grunde gelegt wird. Der Gammaregler weist zweckmäßigerweise auch eine untere Regelungsbegrenzung auf, die sicherstellt, dass die herabgesetzte Sollgleichspannung einen unteren Schwellenwert nicht unterschreitet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung weist einen Begrenzungsregler auf, der einen Gleichrichterregler der Gleichrichterregelung nach oben hin begrenzt, so dass ein vorgegebener Maximalstrom und/oder eine vorgegebene Maximalspannung nicht überschritten werden. Die beispielsweise im Fehlerfall durchgreifende Begrenzung dient zur Sicherheit der geregelten Anlagen und zur zusätzlichen Stabilisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung begrenzt der Begrenzungsregler den Gleichrichterregler, wenn der Messgleichstrom größer ist als die Summe aus dem Sollgleichstrom und einer vorbestimmten Differenzgleichstromabweichung oder wenn die Messgleichspannung größer ist als die Summe aus der Sollgleichspannung und einer vorbestimmten Differenzspannungsabweichung. Die Differenzgleichstromabweichung und die Differenzspannungsabweichung ermöglichen das Einrichten eines beliebigen Toleranzbereiches, in dem ein Abweichen des jeweiligen Messwertes von dem zugeordneten Sollwert er- laubt ist, ohne dass die weiter oben beschriebene Begrenzung der Gleichrichterregelung eingreift.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung wird bei abfallen- der Messgleichspannung eine Sollgleichleistung in Abhängigkeit der Messgleichspannung auf einen kleineren Wert unter Gewinnung einer Fehlerfallsollgleichleistung herabgesetzt, wobei der Sollgleichstrom und/oder die Sollgleichspannung anstatt aus einer Sollgleichleistung aus der Fehlerfallsoll- gleichleistung bestimmt werden. Das Herabsetzen der Sollgleichleistung dient zur Regelung der Gleichstromübertragungsanlage im Fehlerfall, in dem beispielsweise ein Spannungseinbruch in einem der Wechselspannungsnetze oder im Gleichstromkreis vorliegt.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung erfolgt das Festlegen der Fehlerfallsollgleichleistung unter Verwendung eines Funktionsgebers, der mit einer auf Erfahrungswerten beruhenden Kennlinie versehen ist. Dabei wird die Messgleichspannung geglättet und dem Funktionsgeber zugeführt. Die Glättung der Messgleichspannung ist in der Regel notwendig, da die Messgleichspannung im Fehlerfall stark schwanken kann. Der Funktionsgeber erzeugt in Abhängigkeit der geglätteten Messgleichspannung eine Fehlerfallbegren- zungsleistung. Diese dient zweckmäßigerweise zur Begrenzung des Ausgangswertes eines Integrators nach oben hin, wobei der Ausgangswert des Integrators die Fehlerfallsollgleichleistung ist. Der Ausgang des Integrators wird zur Bestimmung der Sollgleichspannung und des Sollgleichstromes verwendet. Im Normalbetrieb ist der Ausgangswert des Integrators gleich der vom Benutzer eingestellten Sollgleichleistung, mit anderen Worten die Fehlerfallbehandlung inaktiv. Fällt die Messgleichspannung hingegen unter einen vorbestimmten Schwellenwert, erzeugt der Funktionsgeber eine gegenüber der Soll- gleichleistung reduzierte Fehlerfallbegrenzungsleistung. Diese ist dann zunächst der Ausgangswert des Integrators und somit gleichzeitig die Fehlerfallsollgleichleistung. Steigt die geglättete Messgleichspannung am Eingang des Funktionsgebers an, erzeugt dieser eine erhöhte Fehlerfallbegrenzungsleistung als obere Begrenzung des Integrators. Der Integrator integriert dann auf die erhöhte Fehlerfallbegrenzungsleistung mit einer beispielsweise einstellbaren Integrationsgeschwindigkeit hoch. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Integrationsgeschwindigkeit von der Art und der Höhe der Schwankung der Messgleichspannung abhängig gemacht. Dabei dient die Schwankung der Messgleichspannung als Hinweis darauf, ob ein beliebiger Fehler immer noch vorliegt oder bereits beseitigt wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für die Hochspannungsgleichstromübertragung, die Mittelspannungsgleichstrom- übertragung als auch für die Niederspannungsgleichstromübertragung geeignet .
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch verdeutlicht,
Figur 2 eine Weiterentwicklung des Verfahrens gemäß Figur 1 zeigt,
Figur 3 eine Weiterentwicklung des Verfahrens gemäß Figur 2 zeigt, Figur 4 eine Weiterentwicklung des Verfahrens gemäß Figur 3 zeigt,
Figur 5 eine Detailansicht der Weiterentwicklung gemäß Figur 4 und
Figur 6 eine schematische Darstellung eines weiteres Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Hochspannungsgleichstrom- fernübertragungsanlage zeigt.
Figur 1 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung. So ist eine Hochspannungskurzkupplung 1 gezeigt, zu deren Regelung das gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist. Die Hochspannungskurzkupplung 1 um- fasst einen ersten Netzanschlusstransformator 2 sowie einen zweiten Netzanschlusstransformator 3, die jeweils zur Kopplung der Hochspannungskupplung 1 mit einem Wechselspannungs- netz 4 beziehungsweise 5 vorgesehen sind. Der erste Netzanschlusstransformator 2 weist eine galvanisch mit dem Wechselspannungsnetz 4 verbundene Primärwicklung auf, die induktiv mit zwei Sekundärwicklungen des Netzanschlusstransformators 2 verbunden sind. Die Sekundärwicklungen der Netzanschluss- transformatoren stellen einen unterschiedlichen Phasenversatz bereit, so dass eine so genannte 12-Puls- Hochspannungskurzkupplung 1 realisiert ist. 12-Puls- Hochspannungskurzkupplungen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bestens bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Die Sekundärwicklungen der Netanschlusstransformatoren 2,3 sind jeweils mit einer Brückenschaltung aus Thyristorventilen β verbunden, die in Figur 1 nur schematisch verdeutlicht -L «3
sind. Solche Brückenschaltungen sind ebenfalls bestens bekannt. Eine genauere Beschreibung ist daher hier ebenfalls überflüssig. Die Brückenschaltung aus Thyristorventilen 6 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 so gere- gelt, dass ein Gleichrichter 7 realisiert ist. Der Gleichrichter 7 ist über einen Gleichstromkreis 8 mit einem Wechselrichter 9 verbunden, wobei der Gleichstromkreis 8 über Widerstände 10 geerdet ist. Zur Glättung des Gleichstromes sind Glättungsdrosseln 11 vorgesehen, die in den Gleichstromkreis 8 geschaltet sind. Selbstverständlich kann der Umrichter 6 auch als Wechselrichter und der Umrichter 9 als Gleichrichter betrieben werden.
Der erste Netzanschlusstransformator 2, der Gleichrichter 7, eine der Glättungsdrosseln 11 sowie die beiden in Figur 1 o- ben dargestellten Widerstände sind Teil einer Gleichrichterstation 12, die auch als eine Messstelle bezeichnet werden kann. Eine weitere Messstelle bildet eine Wechselrichterstation 13, in welcher der zweite Netzanschlusstransformator 3, der Wechselrichter 9, eine Glättungsdrossel 11 sowie zwei in Figur 1 unten dargestellte Widerstände 10 angeordnet sind. In der Gleichrichterstation 12 und in der Wechselrichterstation 13 sind Stromwandler 14 angeordnet, die zum Erfassen eines in der Gleichrichterstation 12 fließenden Gleichstromes bezie- hungsweise eines in der Wechselrichterstation 13 fließenden
Gleichstromes eingerichtet sind. Die Stromwandler 14 erzeugen an ihrem Ausgang ein Signal, das zu dem in der Gleichrichterstation beziehungsweise der Wechselrichterstation 13 fließenden Gleichstrom proportional ist. Durch Einsatz geeichter Ge- rate ist aus dem Messsignal der Gleichstrom bestimmbar. Das Messsignal wird unter Gewinnung von Abtastwerten mittels einer Abtasteinheit abgetastet und die Abtastwerte unter Gewinnung von Messgleichstromwerten durch einen Analog/Digital- Wandler digitalisiert, wobei die Messgleichstromwerte als Messgleichstrom Idc_a bezeichnet werden. Ein der an der Gleichrichterstation 12 abfallenden Gleichspannung proportionales Messsignal wird an den Widerständen 10 erfasst. Auch dieses Signal wird abgetastet und digitalisiert, wobei sich digitale Messgleichspannungswerte ergeben, die hier als Messgleichspannung üdc_a bezeichnet sind.
Bei der Hochspannungskurzkupplung 1 sind der Gleichrichter 7 und der Wechselrichter 9' in unmittelbarer Nähe zueinander aufgestellt, so dass die an der Gleichrichterstation 12 und die an der Wechselrichterstation 13 herrschenden Messgleichspannungen üdc_a und Udc_b im Wesentlichen gleich sind. Der Widerstand des Gleichstromkreises 8 zwischen den besagten Messstellen kann mit anderen Worten vernachlässigt werden. Entsprechendes gilt für die an der Gleichrichterstation 12 und der Wechselrichterstation 13 erfassten Messgleichströme Idc_a beziehungsweise Idc_b. Aus diesem Grunde werden die Messgleichspannung Udc_a und der Messgleichstrom Idc_a sowohl an eine Gleichrichterregelung 15 als auch an eine Wechsel- richterregelung 16 übertragen. Selbstverständlich können auch nur die von den Wandlern erfassten Messsignale übertragen werden, wobei die Abtastung und Digitalisierung in der Wechselrichterregelung 16 beziehungsweise in der Gleichrichterregelung 15 durchgeführt werden.
Durch die Regelung der Hochspannungskurzkupplung 1 wird sowohl für den Gleichrichter 7 als auch für den Wechselrichter 9 ein zweckmäßiger Zündwinkel bestimmt. Hierzu gibt der Betreiber eine von ihm gewünschte normierte Sollgleichleis- tung Pdco vor, die auf eine ebenfalls parametrisierbare Nenngleichleistung normiert ist. Die Sollgleichleistung Pdco wird einem Funktionsgeber 17 sowie einem Divisor 18 zugeführt, wobei der Funktionsgeber 17 auf der Grundlage des Aufbaus und der Auslegung der Hochspannungskurzkupplung 1 über eine vor- gegebene Kennlinie verfügt, mit der ausgehend von der eingegebenen Sollgleichleistung Pdco eine Sollgleichspannung üdco bestimmt wird. Mittels des Divisors 18 wird die Sollgleichleistung Pdco durch die so bestimmte Sollgleichspannung Udco unter Gewinnung eines Sollgleichstromes Idco dividiert. Sollgleichspannung Udco und Sollgleichstrom Idco werden jeweils einem Addierer 19 zugeführt, an dessen mit einem Minuszeichen versehenen Negativeingang die erfasste Messgleichspannung üdc_a beziehungsweise der erfasste Messgleichstrom Idc_a an- liegen. Mit anderen Worten wird durch die jeweiligen Addierer 19 ein Differenzgleichstrom di beziehungsweise eine Differenzgleichspannung du gebildet. Der Differenzgleichstrom di wird dem positiven Eingang eines Addierers 20 sowie dem positiven Eingang eines Addierers 21 zugeführt. Die Differenz- gleichspannung du liegt an einem zweiten positiven Eingang des Addierers 21 an. Mit anderen Worten wird durch den Addierer 21 die Summe aus der Differenzgleichspannung du und dem Differenzgleichstrom di gebildet. Es sei an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den addier- ten Werten selbstverständlich um normierte Werte handelt. Mit anderen Worten ist die Messgleichspannung Udc_a auf eine Nenngleichspannung UdcN, der Messgleichstrom Idc_a auf einen Nenngleichstrom IdcN und die Sollgleichleistung Pdco auf einer Nenngleichleistung PdcN normiert.
Die Summe der Differenzgleichspannung du und des Differenzgleichstromes di wird einem PI-Regler 22 zugeführt. Dieser erzeugt zwischen den Grenzwerten cos αmax_r und cos αmin_r den Kosinus eines Zündwinkels α für die Thyristor- ventile 6 des Gleichrichters 7. Dabei werden die Thyristorventile 6 so gezündet, dass die Summe der Differenzgleichspannung du und des Differenzgleichstromes di möglichst klein oder mit anderen Worten möglichst gleich Null wird. Dem PI- Regler 22 ist eine acos-Einheit nachgeschaltet, die aus dem Kosinus des Zündwinkels ex den Zündwinkel α auf der Grundlage der Arcosinusfunktion bestimmt, wobei ein Zündimpulsgenerator 24 in Abhängigkeit einer figürlich nicht dargestellten netzbestimmten Synchronisierungsspannung und des von der acos- Einheit 23 berechneten Zündwinkels eine Zündung des entsprechenden Thyristorventils des Gleichrichters 7 herbeiführt. Die Wechselrichterregelung 16 ist der Gleichrichterregelung 15 weitgehend entsprechend aufgebaut, wobei jedoch der PI- Regler 22 der Wechselrichterregelung 16 zwischen dem cos αmax i und dem cos a^n i einen Kosinus des Zündwinkels a auf eine Weise bestimmt, dass die Differenz zwischen dem Differenzgleichstrom und der Differenzgleichspannung möglichst minimal also möglichst gleich Null ist. Aus dem Kosinus des Zündwinkels wird durch die acos-Einheit 23 der Wechselrich- terregelung 16 ein Zündwinkel a. bestimmt, wobei wieder ein
Zündimpulsgenerator 24 die zur Zündung der Thyristorventile 6 des Wechselrichters 9 notwendigen Zündsignale erzeugt.
Figur 2 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des er- findungsgemäßen Verfahrens. Das gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht weitestgehend dem in Figur 1 dargestellten Verfahren, wobei jedoch eine bereits weiter oben beschriebene Um- normierung durchgeführt wird, um auch im Schwachlastbereich ein verbessertes Verhalten der Regelung der Hochspannungs- kurzkupplung 1 zu ermöglichen. Zunächst wird aus der vom
Betreiber als Parameter eingegebenen Sollgleichleistung Pdco mittels des Funktionsgebers 17 eine Sollgleichspannung üdeo bestimmt, wobei mittels des Divisors 18 und der Sollgleichleistung Pdco ein Sollgleichstrom Idco bestimmt wird. Der auf diese Weise berechnete Sollgleichstrom Idco dient anschließend zur Umnormierung des Messgleichstromes Idc_a mittels des Umnormierers 25 der auch als Divisor bezeichnet werden kann. Zur Berechnung des Differenzgleichstromes di wird der umnormierte Messgleichstrom von eins abgezogen. Dazu liegt der Ausgang .des ümnormierers 25 am negativen Eingang eines Addierers 19 an. Entsprechend wird die Messgleichspannung Udc_a mittels des in Figur 2 unten dargestellten ümnormierers 25 umnormiert. Der Ausgang des in Figur 2 unten dargestellten Ümnormierers 25 liegt an dem negativen Eingang des Addierers 19 an, der zur Berechnung der Differenzgleichspannung du die umnormierte Messgleichspannung von der Zahl 1 abzieht. Die auf diese Weise berechnete Differenzgleichspannung du und der auf diese Weise berechnete Differenzgleichstrom di werden wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben weiterverarbeitet.
Figur 3 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen entspricht. Im Gegensatz zu dem in Figur 2 ge- zeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch im Rahmen der Wechselrichterregelung 16 eine Gammaregelung 26 vorgesehen, der figürlich nicht dargestellte Mittel aufweist, um einen Messlöschwinkel Y des Wechselrichters 9 zu bestimmten. Ferner ist ein Solllöschwinkel γo vorgesehen, der an dem Negativeingang eines Addierers 19 anliegt und mit anderen Worten von dem Messlöschwinkel Y abgezogen wird. Die Gammaregelung 26 um- fasst neben dem Addierer 19 auch einen Gamma-PI-Regler 27 sowie einen Multiplikator 28. Die mit Hilfe des Funktionsgebers 17 berechnete Sollgleichspannung Udco dient als obere Begren- zung für die von dem Gamma-PI-Regler 27 erzeugten Sollspannungswerte auf die anschließend mit Hilfe der Umnormierer 25 umnormiert wird. Die untere Begrenzung wird ebenfalls ausgehend von der Sollgleichleistung Udco bestimmt, wobei ein zuvor eingegebener Parameter LL_Udco mit der Sollgleichspannung Udco multipliziert wird. In dem oben genannten Ausführungsbeispiel ist der LL-Udco gleich 0,7, so dass der Gamma- Regelung 26 nach oben auf die Sollgleichspannung Udco und nach unten auf 70% der Sollgleichspannung Udco begrenzt ist. Durch die Gamma-Regelung 26 können Kommutierungsfehler auf- grund eines zu kleinen Löschwinkels Y vermieden werden. Eine konkurrierende Regelung zwischen Gamma-Regelungen und anderen Regelungsarten ist jedoch vermieden, so dass vorbestimmte Arbeitspunkte gezielt angefahren werden können.
Figur 4 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das in Figur 4 gezeigte Verfahren weitestgehend dem in Figur 3 gezeigten Verfahren entspricht. In Figur 4 ist jedoch eine Verbesserung für das Verhalten des Regelverfahrens im Falle eines Spannungseinbruches in einem der Wechselspannungsnetze 4 oder 5 und/oder eines Fehlers im Gleichstromkreis vorgesehen.
Das dargestellte Verfahren führt eine Maximalstrombegrenzung und/oder eine Maximalspannungsbegrenzung durch. Hierzu sind die zwei Addierer 19 sowie eine Minimalauswahleinheit 30 und ein pI-Regler 31 vorgesehen. Der pI-Regler 31 wirkt über die obere Begrenzung des Gleichrichterreglers 22. Die Addierer 19 addieren eine maximale Differenzspannungsabweichung du_xxl sowie eine maximale Differenzstromabweichung di_xxl der Differenzgleichspannung du beziehungsweise dem Differenzgleichstrom di jeweils hinzu. Überschreitet der Messgleichstrom einen resultierenden Sollstromwert, der sich aus der Summe des Sollgleichstromes Idco und der maximalen Differenzstromabwei- chung di_xxl berechnet, wird der Messgleichstrom mit Hilfe des pI-Reglers 31 auf den resultierenden Sollstromwert reduziert. Auf entsprechende Weise wird die Messgleichspannung auf den resultierenden Sollspannungswert herabgesetzt. Durch die Minimalauswahleinheit 30 kommt die größte Abweichung zum Zuge. Dazu wird der Ausgang der Minimalauswahleinheit 30 einem PI-Regler 31 zugeführt, der an seinem Ausgang einen Kosinus eines Löschwinkels zwischen cosαrβd_r und cosαmin_r erzeugt. Der Ausgang des PI-Reglers 31 wird zur Begrenzung des PI- Reglers 22 de Gleichrichterregelung 15 nach oben verwendet. Typische Werte für die du_xxl und di_xxl liegen zwischen 0,01 und 0,1. Die Begrenzung αrβd_r variiert je nach Performance der Hochspannungskurzkupplung zwischen 40° und 50°. Der minimale Löschwinkel des Gleichrichters amin r beträgt üblicherwei- se 5° .
Der Fehlerfallmechanismus des dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ferner eine Begrenzungseinrichtung 29, die eine Glättungseinheit 32 sowie einen Funktionsgeber 33 um- fasst. Durch die Begrenzungseinrichtung 29 wird die ursprünglich geforderte Sollgleichlei,stung Pdco in Abhängigkeit der gemessenen Messgleichspannung Udc_a zu Pvdpo herabgesetzt. Nach Behebung des Fehlers im Wechselspannungsnetz 4 oder 5 wird zunächst die Gleichspannung im Gleichstromkreis 8 er- höht, bevor die Sollgleichleistung auf den ursprünglichen
Wert Pdco hochgefahren wird. Durch das Zusammenspiel der Begrenzungseinheit 29 mit dem pI-Regler 31 werden die an die Hochspannungskurzkupplung 1 angeschlossenen Wechselspannungsnetze 4 oder 5 auch bei einem größeren Spannungseinbruch nicht übermäßig belastet. Stattdessen werden gezielt Arbeitspunkte angefahren und das Verhalten der gesamten Regelung selbst im Fehlerfall verbessert.
Figur 5 verdeutlicht die Wirkung der Begrenzungseinheit 29 genauer. So wird die Messgleichspannung üdc_a der Glättungseinheit 32 zugeführt, um die bei einem Spannungseinbruch in einem der Wechselspannungsnetze 4 oder 5 oder einem sonstigen Fehlerfall häufig auftretenden Spannungsschwankungen zu glätten und somit in verarbeitbare Messgleichspannungen Udc_a um- zuwandeln. Die geglättete Messgleichspannung wird gemeinsam mit der normierten Sollgleichleistung Pdco dem Funktionsgeber 33 zugeführt. Der Funktionsgeber 33 erzeugt an seinem Ausgang eine normierte Fehlerfallbegrenzungsleistung Pvdpol anhand einer auf der Erfahrung des Designers der Hochspannungs- gleichstromanlage basierenden Kennlinie. Überschreitet die geglättete Messgleichspannung üdc_a eine Maximalgleichspannung Umax als Schwellenwert, erzeugt der Funktionsgeber 33 an seinem Ausgang die an seinem Eingang anliegende Sollgleich- leistung Pdco.
Der Ausgang des Funktionsgebers 33 dient zur Maximalbegrenzung eines Integrators 34, wobei die minimale Ausgangsspannung des Integrators 34.Pmino ist. Ferner ist ein Grenzwert- meider 35 mit zwei Eingängen vorgesehen. An dem ersten Eingang des Grenzwertmelders 35 liegt die Messgleichspannung Udc__a an. An dem zweiten Eingang wird die Maximalspannung U- • max des Funktionsgebers 33 eingespeist. Der Grenzwertmelder vergleicht die beiden Eingangswerte. Ist die Messgleichspan- nung Udc_a größer als die Maximalspannung Umax, wie dies üblicherweise im Nennbetrieb der Fall ist, wird der Ausgang Y des Grenzwertmelders 35 gleich Eins gesetzt. Sinkt die Messgleichspannung unter die maximale Spannung Umax ab, wird der Ausgang des Grenzwertmelders hingegen gleich Null. Im Fehler- fall liegt daher eine Null als Faktor des Multiplikators 36 vor, so dass der Integrator 34 in Abhängigkeit des Absinkens der Messgleichspannung an seinem Ausgang Werte, Pvdpo, zwischen der minimalen Leistung Pmino und der maximalen Leistung Pdco erzeugt.
Wie aus Figur 4 hervorgeht, wird in diesem Fall die Bestimmung des Differenzgleichstromes auf Grundlage von Pvdpo durchgeführt.
Nach der Fehlerbeseitigung steigt die Messgleichspannung
Udc_a. Dies führt auf Grund der Kennlinie des Funktionsgebers 33 an dessen Ausgang zu einer Erhöhung von Pvdpol. Der Ausgang des Integrators verharrt jedoch zunächst auf den tiefsten Wert Pvdpo, der während des Fehlerfalles vorlag. Meldet jedoch der Vergleicher 35, dass die Messgleichspannung üdc_a einen Schwellenwert Umax überschreitet integriert der Integrator 34 auf den von dem Funktionsgeber 33 gelieferten Wert Pvdpol hoch. Schließlich stimmen Pdpo, Pvdpol und Pdco miteinander überein, so dass zum Normalbetrieb übergegangen wird.
Die restlichen in Figur 5 gezeigten Komponenten dienen der Verstellbarkeit der Integrationsgeschwindigkeit des Integra- tors 34 von Pmino bis zum Erreichen der Sollgleichleistung Pdco. Zur Festlegung der Integrationsgeschwindigkeit ist zunächst ein Begrenzer 37 vorgesehen, der überprüft, ob die Messgleichspannung Udc_a in den Bereich zwischen Umin und WU- min fällt. Liegt Udc__a unterhalb von Umin, liegt am Ausgang des Vergleichers 37 Umin an, so dass am Ausgang des nachgeschalteten Addierers 38 der, an dessen negativem Eingang Umin anliegt, ein Nullsignal erzeugt wird. Der Divisor 39 erzeugt an seinem Ausgang daher ebenfalls ein Nullsignal, von dem vorherige Spannungswerte mittels des Addierers 40 abgezogen werden. Die vorherigen Spannungswerte zwischen 0 und 1 werden von der Glättungseinheit 41 erzeugt und liegen dem geschilderten Fall ebenfalls bei Null.
Liegt hingegen die Messgleichspannung Udc_a zwischen den Be- grenzungen Umin und WUmin, wird somit eine auf WUmin normierte Differenzspannung am Ausgang des Dividierers 39 erzeugt. Hiervon werden vorhergehende geglättete Spannungswerte mittels des Addierers 40 abgezogen. Der am Ausgang des Addierers 40 erzeugte Wert dudt kann positiv oder negativ sein, je nach dem ob die Messgleichspannung Udc_a ansteigt oder fällt. Durch die anschließende Minimalauswahl 42 wird sichergestellt, dass nur negative dudt-Werte von der Minimalauswahl 42 weitergeleitet werden. Steigt die Spannung, ist das Produkt dudt positiv und die Minimalauswahl 42 gibt eine Null an den Multiplizierer 36 weiter, der diese mit dem vorbestimmten Parameter V_dudt multipliziert und das sich ergebende Produkt, in diesem Fall ebenfalls null, an den Addierer 38 weitergibt, der dieses dann mit dem ebenfalls vorbestimmten Pa- rameter Kx_vdpol aufsummiert. Der Wert Kx_vdpol ist gleich oder größer als eins. Bei abfallender Spannung wird durch eine Minimalauswahl 43 daher sichergestellt, dass ein Wert gleich eins an den Multiplizierer 36 weitergegeben wird, der diese eins mit Ausgang des Grenzwertmelders 35 und dem eben- falls voreinstellbaren Parameter Km_vdpol multipliziert und schließlich dem Integrator 34 zur Verfügung stellt. Das Produkt Y x km_vdpol x 1 ist gleich Km_vdpol . Der Integrator 34 integriert mit einer eingestellten Normgeschwindigkeit.
Fällt die Messgleichspannung während des Integrationsvorganges auf Grund eines Fehlers oder auf Grund eines schwachen Netzes ist dudt hingegen negativ. Der dudt-Wert wird weitergegeben, mit V_dudt multipliziert und schließlich mittels des Addierers mit Kx_vdpol aufsummiert, so dass an dem Ausgang des Addierers 38 ein Wert kleiner eins entsteht, der schließlich an den Multiplikator 36 weitergegeben wird. Der Integrator 34 erhöht daher mit der neuen Zeitkonstante die an seinem Ausgang liegende Sollleistung Pvdpo langsamer.
Figur 6 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung einer so genannten Hochspan- nungsgleichstromfernübertragungsanlage 44. Eine solche für Fernübertragungen ausgelegte Hochspannungsgleichstromfern- übertragungsanlage 44 umfasst im Wesentlichen die gleichen Bauteile wie die in Figur 1 gezeigte Hochspannungskurzkupplung. Allerdings sind der Gleichrichter 7 und der Wechselrichter 9 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über 600 km entfernt voneinander aufgestellt. Der Gleichstromkreis 8 ist daher durch eine etwa 600 km lange Gleichstromkabelverbindung realisiert. Aufgrund dieser großen Entfernung werden die Messgleichspannung und der Messgleichstrom einmal an der Gleichrichterstation 12 als Messstelle und einmal an der Gleichrichterstation 13 als Messstelle erfasst, wobei die an oder in der Nähe der Gleichrichterstation 12 erfassten Messwerte der Gleichrichterregelung 15 und die an oder in der Nähe der Wechselrichterstation erfassten Messwerte der Wechselrichterregelung 16 zugeführt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Sollgleichspannung Pdco an der Wech- selrichterregelung 16 den jeweiligen Bedürfnissen des Betreibers entsprechend bestimmt und durch einen zweckmäßigen Datenfernübertragungsfunksender 45 an einen diesbezüglich ange- passten Datenfernübertragungsfunkempfänger 46 gesendet. Wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 erläutert, wird mit- tels des Funktionsgebers 17 aus der Sollgleichleistung Pdco eine Sollgleichspannung Udco bestimmt. Diese gilt als Maximalbegrenzung des Gamma-PI-Reglers 27, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Bestandteil der Wechselrichterregelung 16 ist. Selbstverständlich kann auch die Gleichrichterregelung 15 eine solche Gammaregelung 26 aufweisen, so dass der Leis- tungsfluss bedarfsweise in beide Richtungen stattfinden kann. Die von dem Gamma-PI-Regler 27 der Gammaregelung 26 erzeugte Ausgangsspannung Udcgo wird anschließend zur Gleichrichterregelung 15 mittels des Datenfernübertragungssenders 45 über- tragen, wobei der Gleichrichterregelung die Normspannung durch ein zweckmäßiges Datenfernübertragungsempfangsgerät 46 empfängt. Die restlichen Regelungsschritte entsprechen denjenigen, die bereits im Zusammenhang mit der Hochspannungskurzkupplung gemäß der Figuren 1 bis 5 beschriebenen wurden. Die Begrenzungseinheit 29 kann sowohl bei der Gleichrichterregelung 15 als auch bei der Wechselrichterregelung zum Einsatz gelangen. Der pI-Regler 31 zur Maximalbegrenzung des pl- Reglers 22 der Gleichrichterregelung 15 ist hingegen in der Regel nur bei der Gleichrichterregelung vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Regeln eines Gleichrichters (7) und eines Wechselrichters (9), die über einen Gleichstromkreis (8) mit- einander verbunden sind im Bereich der Energieverteilung und -Übertragung, bei dem an wenigstens einer Messestelle (12,13) des Gleichstromkreises (8) jeweils eine Messgleichspannung (Udc_a, Udc_b) und jeweils ein Messgleichstrom (Idc_a, Idc_b) gemessen werden und an eine Gleichrichterregelung (15) zur Regelung des Gleichrichters und/oder an eine Wechselrichter- reglung (16) zur Regelung des Wechselrichters übertragen werden, wobei die Gleichrichterregelung (15) und die Wechselrichterregelung (16) jeweils die Differenz zwischen einer vorgegebenen Sollgleichspannung (Udco) und der jeweils emp- fangenen Messgleichspannung (üdc_a, Udc_b) unter Gewinnung einer Differenzgleichspannung (du) und ferner die Differenz zwischen einem Sollgleichstrom (Idco) und dem jeweils empfangenen Messgleichstrom (Idc_a, Idc_b) unter Gewinnung eines Differenzgleichstroms (di) bilden, wobei die Differenzgleich- Spannung (du) und der Differenzgleichstrom (di) normiert vorliegen und der Gleichrichterregelung (15) den Gleichrichter (7) so regelt, dass die Summe der Differenzgleichspannung (du) und des Differenzgleichstroms (di) minimal wird, und wobei der Wechselrichterregelung (16) den Wechselrichter (9) so regelt, dass die Differenz zwischen dem Differenzgleichstrom (di) und der Differenzgleichspannung (du) minimal wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sollstrom (Idco) der Gleichrichterregelung (15) und der Sollstrom (Idco) der Wechselrichterregelung (16) identisch sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sollspannung (Udco) der Gleichrichterregelung (15) und die Sollspannung (Udco) der Wechselrichterregelung (16) identisch sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelung des Gleichrichters (7) und des Wechselrichters (9) über den gesamten Arbeitbereich des Gleichrichters (7) beziehungsweise des Wechselrichters (9) hinweg sowohl auf der Grundlage des Differenzgleichstromes di als auch auf der Grundlage der Differenzgleichspannung du erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gleichrichter (7) und der Wechselrichter (9) unter Ausbildung einer Kurzkupplung (1) räumlich nebeneinander aufgestellt sind, wobei die Messgleichspannung (Udc_a, Udc_b) und der Messgleichstrom (Idc_a, Idc_b) an einer Messstelle (12) erfasst und sowohl an den Gleichrichterregelung (15) als auch an den Wechselrichterregelung (16) übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gleichrichter (7) und der Wechselrichter (9) unter Aus- bildung einer Gleichstromübertragungsanlage wenigstens 1 Kilometer entfernt voneinander aufgestellt sind, wobei Messgleichspannung und der Messgleichstrom einmal am Gleichrichter (7) unter Gewinnung einer Gleichrichtermessgleichspannung (Udc_a) und eines Gleichrichtermessgleichstromes (Idc_a) und einmal am Wechselrichter (9) unter Gewinnung einer Wechselrichtermessgleichspannung (Udc_b) und eines Wechselrichtermessgleichstromes (Idc_b) erfasst werden, wobei die Gleichrichtermessgleichspannung (Udc_a) und der Gleichrichtermessgleichstrom (Idc_a) an den Gleichrichterregelung (15) und die Wechselrichtermessgleichspannung (üdc_b) und der Wechselrichtermessgleichstrom (Idc_b) an den Wechselrichterregelung (9) übertragen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sollgleichspannung (üdco) und der Sollgleichstrom (Idco) aus einer geforderten Sollgleichleistung (Pdco) bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der auf einen Nennstrom normierte Messgleichstrom (Idc_a, Idc_b) und die auf eine Nennspannung normierte Messgleich- Spannung (Udc_a, Udc_b) auf den ebenfalls auf den Nennstrom normierten Sollgleichstrom (Idco) ■ beziehungsweise auf die e- benfalls auf die Nennspannung normierte Sollgleichspannung (Udco) umnormiert werden, wobei der Differenzgleichstrom (di) als Differenz zwischen 1 und den auf den Sollgleichstrom nor- mierten Messgleichstrom und die Differenzgleichspannung (du) als Differenz zwischen 1 und der auf die Sollgleichspannung normierten Messgleichspannung berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass am Wechselrichter (9) ein Messlöschwinkel (γ) gemessen und an eine Gammaregelung (26) übertragen wird, wobei die Gammarege- lung (26) den Messlöschwinkel (Y) mit einem Solllöschwinkel (Yo) vergleicht und, wenn der Messlöschwinkel (γ) den SoIl- löschwinkel (γ0) unterschreitet, einen gegenüber der vorgegebenen Sollgleichspannung herabgesetzten Gleichspannungssollwert (Udcgo) erzeugt, wobei die Wechselrichterregelung (16) anschließend auf den Gleichspannungssollwert (Udcgo) regelt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Begrenzungsregler (31) , der einen Gleichrichterregler (22) der Gleichrichterregelung (15) nach oben begrenzt, so dass ein vorgegebener Maximalstrom und/oder eine vorgegebene MaximalSpannung nicht überschritten werden.
10. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Begrenzungsregler (31) den Gleichrichterregler (22) begrenzt, wenn der Messgleichstrom (Idc_a, Idc_b) größer ist als die Summe aus dem Sollgleichstrom und einer vorbestimmten Differenzgleichstromabweichung (di_xxl) oder wenn die Messgleichspannung (Udc_a) größer ist als die Summe aus der SoIl- gleichspannung und einer vorbestimmten Differenzgleichspannungsabweichung (du_xxl) .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei abfallender Messgleichspannung (Udc_a) eine Sollgleichleistung (Pdco) in Abhängigkeit der Messgleichspannung (Udc_a) auf einen kleineren Wert unter Gewinnung einer Feh- lerfallsollgleichleistung (Pvdpo) herabgesetzt wird, wobei der Sollgleichstrom und/oder die Sollgleichspannung anstatt aus einer Sollgleichleistung (Pdco) aus der Fehlerfallsoll- gleichleistung (Pvdpo) bestimmt werden.
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